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《生物化学》绪论生物化学可以认为是生命的化学，是研究微生物、植物、动物及人体等的化学组成和生命过程中的化学变化的一门科学。生命是发展的，生命起源，生物进化，人类起源等，说明生命是在发展，因而人类对生命化学的认识也在发展之中。20世纪中叶直到80年代，生物化学领域中主要的事件：（一）生物化学研究方法的改进a.分配色谱法的创立——快捷、经济的分析技术由Martin.Synge创立。b.Tisellius用电泳方法分离血清中化学构造相似的蛋白质成分。吸附层析法分离蛋白质及其他物质。c.Svedberg第一台超离心机，测定了高度复杂的蛋白质。d.荧光分析法，同位素示踪，电子显微镜的应用，生物化学的分离、纯化、鉴定的方法向微量、快速、精确、简便、自动化的方向发展。（二）物理学家、化学家、遗传学家参加到生命化学领域中来1．Kendrew——物理学家，测定了肌红蛋白的结构。2．Perutz——对血红蛋白结构进行了X-射线衍射分析。3．Pauling——化学家，氢键在蛋白质结构中以及大分子间相互作用的重要性，认为某些protein具有类似的螺旋结构，镰刀形红细胞贫血症。（1．2．3．都是诺贝尔获奖者）4．Sanger――生物化学家1955年确定了牛胰岛素的结构，获1958年Nobelprize化学奖。1980年设计出一种测定DNA内核苷酸排列顺序的方法，获1980年诺贝尔化学奖。5．Berg――研究DNA重组技术，育成含有哺乳动物激素基因的菌株。6．Mcclintock――遗传学家发现可移动的遗传成分，获1958年诺贝尔生理奖。7．Krebs――生物化学家1937年发现三羧酸循环，对细胞代谢及分生物的研究作出重要贡献，获1953年诺贝尔生理学或医学奖。8．Lipmann――发现了辅酶A。9．Ochoa——发现了细菌内的多核苷酸磷酸化酶10．Korberg——生物化学家，发现DNA分子在细菌内及试管内的复制方式。（9．10．获1959年的诺贝尔生理医学奖）11．Avery――加拿大细菌学家与美国生物学家Macleod,Carty1944年美国纽约洛克菲勒研究所著名实验。肺炎球菌会产生荚膜，其成分为多糖，若将具荚膜的肺炎球菌（光滑型）制成无细胞的物质，与活的无荚膜的肺炎球菌（粗糙型）细胞混合－粗糙型细胞也具有与之混合的光滑型的荚膜－表明，引起这种遗传的物质是DNA12．Wilkins――完成DNA的X-射线衍射研究，对Watson和Crick确定DNA分子的双螺旋结构是至关重要的。三人共获1962年诺贝尔生理医学奖。13．Nirenberg――生物化学家在破译遗传密码方面作出重要贡献。14．Holly――阐明酵母丙氨酸tRNA的核苷酸的排列顺序，后来证明所有tRNA的结构均相似。15．Khorana――生物化学家首次人工复制成酵母基因（13．14．15．获1969年诺贝尔奖）16．法国巴黎的巴斯德研究所是著名的生物化学、分子生物学中心。①Lwoff——在感染细菌后病毒DNA能连续传给细菌以后各代，这些细菌称为溶源性细菌，发现称为原噬菌体的病毒在一定条件下可产生一种感染型，它破坏细菌的细胞壁，而释放出的病毒又能感染其他细菌。②Jacob、Monod－－阐明了基因控制酶的生物合成，从而调节细胞代谢的方式。1916年，提出信使RNA的存在。说明其碱基序列与染色体中DNA互补，并假定mRNA将编码在碱基序列上的遗传信息带到蛋白质的合成场所——核糖体，在此翻译成氨基酸序列。1960年，发现操纵子基因，能影响mRNA的合成，从而调节其他基因的功能，在微生物界Operon普遍存在。（以上三人共获1965年诺贝尔生理或医学奖。）17．在中国，著名的生物化学家：吴宪：曾与美国哈佛医学院Folin一起首次用比色定量方法测定血糖。与刘思职、万昕、陈同度、汪猷、张昌颖、杨恩孚、周启源等完成了蛋白质变性理论，血液的生物化学方法检查研究，免疫化学研究，素食营养研究，内分泌研究。18．王应睐，邹承鲁，钮经文，邢其毅，曹天钦，王德宝，汪猷：1965年人工合成具有生物活性的protein-结晶牛胰岛素。1983年，用有机合成酶促合成的方法完成酵母丙氨酸转移核糖核酸的人工全合成。19．生物化学在蛋白质，核酸，酶及代谢等方面有理论意义的成就，必将导致应用生物工程。第一章糖类一．糖的分布及其重要性：分布（1）所有生物的细胞质和细胞核含有核糖（2）动物血液中含有葡萄糖（3）肝脏中含有糖元（4）植物细胞壁由纤维素所组成（5）粮食中含淀粉（6）甘蔗，甜菜中含大量蔗糖光合作用重要性（1）水+CO2--------＞碳水化合物（2）动物直接或间接从植物获取能量（3）糖类是人类最主要的能量来源（4）糖类也是结构成分（5）纤维素是植物的结构糖二．糖的化学概念1．定义糖类是多羟基醛或多羟基酮及其缩聚物和某些衍生物的总称三．糖的分类第一节单糖一．葡萄糖的分子结构（一）葡萄糖的化学组成和链状结构1．葡萄糖能与费林氏（Fehling）试剂或其他酸试剂反应。证明葡萄糖分子含有2．葡萄糖能与乙酸酐结合，产生具有五个已酰基的衍生物。证明葡萄糖分子含有五个－OH3．葡萄糖经钠汞齐作用，被还原成一种具有六个羟基的山梨醇，而山梨醇是由六个碳原子构成的直链醇。证明了葡萄糖的六个碳原子是连成一直线的链式结构：差向异构体(epimers)相同点：(1)全含六个碳原子(2)五个－OH，一个CHO(3)四个不对称的碳原子不同点：1.基团排列有所不同2.除了一个不对称C原子不同外，其余结构部分相同(二)葡萄糖的构型构型--指一个分子由于其中各原子特有的固定的空间排列，而使该分子所具有的特定的立体化学形式。1．单糖的D及L型。（1）不对称碳原子--连接四个不同原子或基团的碳原子。表示法：球棒模型，投影式，透视式。（2）D.L-型的决定。规定：OH在甘油醛的不对称碳原子的右边者[即与-CH2OH基邻近的不对称碳原子（有*号）的右边。]称为D-型，在左边者称L-型。L-甘油醛D-甘油醛水面键被视为垂直放置在纸平面之前，垂直键则在纸平面之后D-型及L-型甘油醛，是两类彼此相似但并不等同的物质，只要将它们重叠起来，即可证明它们并非等同而是互为镜像，不能重叠，这两类化合物称为一对对映体。2．旋光性。L--旋光管的长度。以分米表示。C--浓度。即在100ml溶液中所含溶质的克数。α是在钠光灯（D线，λ：589.6与589.0nm）为光源，温度为t,管长为L，浓度为ｃ时所测得的旋光度。[α]-为上述条件下所计得的旋光率。D.L--指构型+，---旋光方向D与+,与-并无必然联系(三).葡萄糖的环状结构(1)葡萄糖的醛基不如一般醛基活泼,也不能象一般醛类那样与Schiff试剂起反应,即不能使被亚硫酸漂白了的品红呈现红色.(2)葡萄糖也不能与亚硫酸氢钠起加成反应.(3)一般醛类在水溶液中只有一个比旋度,但新配制的葡萄糖水溶液的比旋随时间而变化[a]=+112°称a-D-(+)葡萄糖[a]=+18.7°称b-D-(+)葡萄糖变旋现象----将这两种葡萄糖分别溶于水后,其旋光率都逐渐变为+52.7°,这一现象称变旋现象.原因----不同结构形式的葡萄糖可互变,各种形式最后达到一定的平衡所致.D.L--以C5上羟甲基在含氧环上的排布而决定的。羟甲基在平面之上为D-型，在平面之下为L-型α.β--以半缩醛羟基在含氧环上的定的。在D-型中，半缩醛羟基在平面之下为α型，在平面之上为β型异头物-α-D(+)-与β-D(+)-葡萄糖分子在构型上，仅头部不同，它们间互为异头物(四).葡萄糖的构象.构象----指一分子中,不改变共价键结构,仅单键周围的原子旋转所产生的原子的空间排布.构型----涉及共价键的断裂.构象----不涉及共价键的断裂和重新形成.图3.1葡萄糖分子的构象二.单糖的物理性质和化学性质.(一).物理性质1.旋光性2.甜度3.溶解度(二).化学性质由醛基或酮基.醇基决定的1.由醛基或酮基产生的性质－－单糖氧化还原.成刹.异构化.(1)单糖的氧化(即单糖的还原性)(2)单糖的还原(3)单糖的成脎作用(4)单糖的异构化作用2.由羟基(半缩醛羟基和醇性羟基)产生的性质(1)成脂作用(2)成苷作用(3)脱水作用糖酸(4)氨基化(5)脱氧Fehling试剂-CuSO4溶液与KOH和酒石酸钾钠Benedict试剂--CuSO4溶液+Na2CO3+柠檬酸钠酒石酸钾钠--防止反应产生Cu(OH)2或CuCO3沉淀，使之变为可溶性的而又能离解的复合物，从而保证继续供给Cu离子以氢化糖碱的作用--使糖起烯醇化变为强还原剂，同时使CuSO4变为Cu(OH)2成脎作用-单糖的第1、2碳与苯肼结合后，成晶体糖脎（1）一分子葡萄糖与一分子苯肼缩合成苯腙（phenylhydrazone）。（2）葡萄糖苯腙(Glucosephenylhydrazone)再被一分子苯肼氧化成葡萄糖酮苯肼（3）葡萄糖酮苯腙再与另一分子苯肼缩合，生成葡萄糖脎(glucosazone)糖脎黄色结晶，难溶于水形成同一种糖脎，为什么？异构化成酯作用成苷作用脱水作用Molisch试验--醛糖及其衍生物与α-萘酚生成紫色物质Seliwanoff试验--间苯二酚与盐酸遇酮糖呈红色，遇醛糖呈很浅的颜色氨基化脱氧单糖的化学性质化学性质反应重要性由醛酮产生的化学性质氧化（还原性）还原金属离子，氧化成糖酸为鉴定还原糖的基础还原成醇醛酮基可被还原成醇某些植物中所含醇如山梨醇；甘露糖醇可能是由此反应生成成脎和苯肼作用成脎可作为鉴定单糖的基础异构化（在弱碱溶液中）在弱碱溶液中单糖的醛酮基；通过稀醇化作用起分子重排为单糖转化的基础发酵酵母使糖产生乙醇为酿酒的依据，亦可用来鉴别单糖及制造化学品由羟化基产生的化学性质成酯形成磷酸糖酯及乙酰糖酯磷酸糖酯是糖代谢的中间产物；细胞膜吸收糖也要将糖先转化为磷酸糖酯成苷单糖C-1的OH基H可被烷基；或其他基团取代产生糖苷有些糖苷是药物脱水经加浓HCl与加热，成糖产生醛己糖产生羟甲基糠醛可用此反应鉴别醛糖酮糖氨基化C-2，C-3上的OH可被NH2；取代成氨基糖氨基糖是糖蛋白的组分脱氨经脱氨酶作用产生脱氨糖脱氨糖是核酸的成分三单糖的分类及某些重要的单糖丙糖丁糖戊糖己糖庚糖四单糖的重要衍生物1、糖醇：山梨醇、甘露醇2、糖醛酸：葡萄醛酸3、糖胺：D－葡萄糖胺、D－半乳糖胺4、糖苷：皂角苷、毛地黄苷、苦杏仁苷、根皮苷表1-1常见单糖醛糖酮糖丙糖（3C）丁糖（4C）戊糖（5C）己糖（6C）庚糖（7C）辛糖（8C）D-甘油醛D-赤藓糖D-核糖D-脱氧核糖D-半乳糖D-甘露糖二羟丙酮D-木酮糖D-核酮糖D-果糖D-葡萄糖D-景天庚酮糖D-辛酮糖醛糖的构型酮糖的构型大多以多聚戊糖或糖苷形式存在己糖许多糖的组成成分半纤维素乳糖的组成成分植物粘质和半纤维素的组成成分是糖类中最甜的糖抗坏血酸合成的重要中间产物第二节寡糖一、双糖1、蔗糖（1）来源：甘蔗、菠萝（2）结构：蔗糖水解葡萄糖+果糖（3）物理性质：白色结晶（4）化学性质：A、无还原作用，不能与苯肼作用产生糖脎B、转化作用2、麦芽糖（1）来源：麦芽（2）结构：两分子葡萄糖缩合：失水而成Aα（1→4）糖苷键Bα（1→6）糖苷键（3）物理性质：白色晶体（4）化学性质：A．有半缩醛OH，故有还原作用B．与苯肼作用产生糖脎3、乳糖（1）来源：乳汁（2）结构：α-D-葡萄糖β-D半乳糖以β（1→4）键型缩合（3）物理性质：不甜（4）化学性质：A、还原性、成脎B、与HNO3共同煮产生粘酸表3-1三种二糖的比较种类存在组成物理性质化学性质蔗糖甘蔗甜菜一分子葡萄糖和一分子果糖白色结晶，果甜。易溶于水，有旋光作用，无变旋作用（无α，β型）无还原性，不能形成糖脎。不被酵母发酵，水解后形成一分子葡萄糖与一分子果糖。加热至200℃以上变成棕黑色焦糖麦芽糖五谷麦芽二分子葡萄糖白色结晶，甜仅次于蔗糖。有旋光作用，易溶于水，有变旋作用（有α，β型）有还原性，可形成糖脎，可被酵母发酵，水解后生成二分子葡萄糖乳糖乳类一分子葡萄糖和一分子半乳糖白色结晶，微甜，不易溶于水。有旋光作用